地下分次施厩肥通过依赖于土壤深度的机制增强土壤团聚和难降解碳组分，从而提高了土壤有机碳的积累和稳定性

《Journal of Environmental Management》：Subsurface split manure application increased soil organic carbon accumulation and stability by enhancing aggregation and recalcitrant carbon fractions with depth-dependent mechanisms

　　**摘要**- 深层施肥同时增加了心土层中POC（颗粒态有机碳）和MAOC（矿物结合态有机碳）的含量。- 各级大团聚体中SOC（土壤有机碳）含量及平均土壤重量直径在深层施肥后增强更为显著。- 化学难降解性对SOC表现出最强的直接正效应。- 与一次性施用相比，分次施用粪肥极大地增强了SOC稳定性。---## 引言土壤有机碳（SOC）是土壤肥力和质量的基础，在农业生产和粮食安全中发挥着至关重要的作用（Soussana等，2019）。增加SOC储量可改善土壤肥力、修复土壤健康，有利于作物生产并缓解气候变化（Schmidt等，2011；Lal，2004）。粪肥施用已被广泛认为是提高SOC储量的有效方法（Maillard和Angers，2014）。越来越多的研究记录了粪肥施用对SOC的显著益处（Gross和Glaser，2021；Wang等，2024），但潜在的碳稳定化机制和碳的分布机制尚未得到充分阐明（Margenot等，2015；Peltre等，2017）。深层施肥是将粪肥施入心土层（>20 cm）以有效提高心土层肥力并减少粪肥养分损失的实践方式（Li等，2024；Webb等，2010）。近期研究记录表明，这种施肥方式可以提高作物产量、改善土壤质量，尤其是SOC含量的增加（Li等，2024；Song等，2024）。多项研究表明，碳输入的频次会影响养分的有效性和土壤碳库（Tenuta等，2010；Ibrahim和Fatondji，2020）。一项为期40天的培养实验发现，一次性碳输入产生的SOC稳定性高于分次碳输入（Wu等，2026）。粪肥分次施用可能引发更强的启动效应，导致稳定碳库的分解（Peng等，2024）。然而，深层施肥对具有不同稳定性的SOC组分的影响尚未得到充分研究，粪肥施用频次对SOC固存的影响仍不清楚（Song等，2024）。为了全面了解深层施肥及施用频次对SOC及其稳定性的影响，需要从SOC稳定化的多种机制出发进行综合分析（Lan等，2022；Ye等，2019）。目前主流的土壤碳固存机制框架包括三个方面：i）矿物保护；ii）团聚体保护；iii）化学难降解性（Feng等，2024）。有机质与土壤矿物之间的结合是保护SOC免受降解的重要机制（Kleber等，2021）。矿物结合态有机碳（MAOC）预计可存留数十年至数百年，而颗粒态有机碳（POC）的周转时间较短，不超过十年（Zhou等，2024）。在旱地土壤表面施用猪粪后SOC的积累主要归因于MAOC，这是由于养分有效性增加及促进根系生长所致（Zhang等，2020；Jia等，2024），而Lan等（2022）发现表面施肥通过增强POC的难降解性来促进SOC稳定化。粪肥对POC和MAOC各组分的影响仍不清楚。土壤团聚体通过将SOC包裹在微团聚体或大团聚体中来保护SOC，从而避免其与土壤微生物直接接触（Blanco-Canqui和Lal，2004）。尽管许多研究报告表面施肥后团聚体稳定性有所提高（Huang等，2022；Zhang等，2021），但这种效果在不同土壤或粪肥类型下未必一致（Yao等，2007；Xie等，2015；Guo等，2018，2019）。化学难降解性依赖于有机质的分子结构（Mao等，2008），可通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）来获取相关信息（Peltre等，2014；Senesi等，2007；Wang等，2025）。所表征的功能团有助于预测碳的稳定性（Wu等，2021）。证据表明，表面施肥会影响脂族碳或多糖碳（活性碳）（Lei等，2023）以及芳香碳（稳定碳）（Liu等，2016；Solomon等，2006），从而影响芳香碳与多糖碳的比率（化学难降解性）（Luan等，2020）。然而，施肥是促进还是减少难降解碳的积累仍不确定（Peltre等，2017；Yang等，2024）。因此，深入了解SOC在不同稳定性碳库之间的分布及其对农业管理的响应，对于制定有效的剖面碳固存策略至关重要（Angst等，2023）。然而，大多数研究基于表面施肥且仅关注表层土壤，对于深层施肥如何调控SOC组分及其稳定性尚存在知识空白。近期研究发现，深层施肥同样可以促进心土层SOC积累（Li等，2024；Song等，2024）。但是，深层施肥影响SOC稳定性的潜在机制尚不清楚。本研究的目的是：i）探讨深层施肥对表层和心土层SOC及其稳定性（以团聚体分布、POC和MAOC组分及化学难降解性为指标）的影响；ii）比较一次性施肥和分次施肥在提高SOC积累和稳定性方面的效果。我们假设：i）深层施肥同时增加POC和MAOC，并增强SOC的团聚性和化学难降解性；ii）与一次性施肥相比，分次施肥对SOC积累和稳定化的影响更大。---## 各节摘要### 试验地点描述本试验建立在中国山东省德州市黄河涯（37°21′N，116°20′E）。该地区属于典型的温带大陆性季风气候（K?ppen–Geiger分类：Dwa），年均气温和降水分别为14.9 °C和505 mm。土壤类型为富水 cambisol（世界土壤资源参考基础），0–20 cm深度SOC含量较低（1.08%），土壤pH较高（CaCl?，8.0）。试验前，该地块种植小麦和玉米。---### SOC、POC和MAOCSOC、POC和MAOC均显著受施肥和土层深度的影响（表S1）。与T?（对照组）相比，两种深层施肥处理平均将SOC提高了23%–28%，POC提高了57%–118%，MAOC提高了7%–16%。其中T?处理对SOC的影响大于T?处理。T?处理显著将表层土（0–20 cm）碳含量提高了23%（与T?和T?相比），并将心土层碳含量提高了28%（与T?相比）（图1）。表层土和心土层的SOC随时间保持稳定。---### 施肥同时增加POC和MAOCT?处理中施肥引起的SOC增加可归因于POC和MAOC的增加，因为T?处理增加了0–40 cm土层中的POC和表层土的MAOC（图1）。类似地，多项研究也发现施肥可同时增加POC和MAOC，这支持了我们的研究结果（Lan等，2022；Jia等，2024）。以往研究发现，与植物残体相比，猪粪含有更多化学抗性有机质，可直接贡献于POC（Ye等，2019）。尽管T?和T?……---### 结论总之，本研究揭示了SOC对两种施肥策略的不同响应，并从物理和化学途径的角度探讨了深层施肥下SOC积累的潜在机制。结果表明，两种施用频次均有效增加了0–40 cm土层剖面中的SOC含量。值得注意的是，分次施肥在表层土中表现更为突出。我们还发现，分次施肥……---### CRediT作者贡献声明**Li Haoruo：** 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法学、调查研究、形式分析、数据整理、概念设计。**Shang Yiwei：** 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、形式分析。**Gao Jiansheng：** 调查研究、数据整理。**Zhang Hongyuan：** 审稿与编辑。**Zhang Xia：** 审稿与编辑、调查研究、数据整理。**Wei Heya：** 调查研究、数据整理。**Wang Shang：** 审稿与编辑。---### 生成式AI在科学写作中的声明生成式AI和AI辅助技术仅用于撰写过程中，以提高稿件的可读性和语言表达。---### 利益冲突声明作者声明不存在已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。---### 致谢本研究由CARS-02-24专项资金、**中央公益科研院所基本科研业务费**（编号：1610132025009）、**国家耕地高效利用重点实验室开放项目**，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所（编号：EUAL-2026-19）资助。---**作者列表：**Li Haoruo | Shang Yiwei | Gao Jiansheng | Zhang Hongyuan | Zhang Xia | Wei Heya | Wang Shang | Guo Jianjun | Su Yang | Wu Lei | Wang Jing | Li Yuyi